第25卷 第22期2009年11月甘肃科技GansuScienceandTechnologyVol.25 No.22Nov. 2009绿色制造)))机械制造业的发展趋势李 雷(甘肃省核地质二一九,甘肃天水741025)摘 要:机械制造业是创造人类财富的支柱产业,同时又大量消耗掉有限资源和造成严重环境污染,为此,机械行业实施可持发展战略已势在必行。绿色制造正是基于这一点而产生和发展起来的,是机械行业的发展趋势,是21世纪制造业可持续发展的模式。关键词:机械制造业;绿色制造;发展趋势中图分类号:F320.2 机械制造业是创造人类财富的支柱产业,同时又大量消耗掉有限资源和造成严重环境污染,为此,机械行业实施可持续发展战略已势在必行。绿色制造正是基于这一点而产生和发展起来的,是机械行业的发展趋势,是21世纪制造业可持续发展的模式。1 传统制造业已不适应可持续发展的要求 传统制造业一般是纯粹从经济效益的角度去实施制造过程的,在设计产品时着力考虑产品的功能与品质,制造产品时片面追求高效率与低成本。目前在环保方面,制造业存在以下问题。1.1 废旧或闲置设备回收和再利用率低近年来,由于数控机床、加工中心的应用,大多数传统机床在工厂逐步被摒弃。如何改造这些旧设备成了一大课题。1.2 能源和原材料的浪费现象十分严重目前,我国制造业工艺水平不高,多数企业缺乏环保意识。落后的制造工艺使得能源与原材料的利用率不高。且浪费也十分严重。1.3 产品的回收利用率极低长期以来,传统的生产模式是按照/生产)流通)消费)废弃0的方式循环。制造业的生产基本上不考虑废弃产品的回收利用,特别是机械制造业的回收利用率更低。1.4 制造过程中产生的废弃物得不到无公害处理许多企业在产品制造过程中,注重以最低成本高效产出产品,而很少关心加工过程中使用的工具及原材料等对环境的污染。高能耗、重污染的工艺仍然在生产中广泛应用,而先进环保型工艺因成本高而被搁置,企业不愿在治理废弃物方面投入。这样,在企业获得较高利润的同时,人类生存环境却遭到空前的破坏。2 绿色制造的特点绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,其宗旨是使产品在开发设计y生产制造y使用维修y废弃后,以及回收处理的整个生命周期中,资源与能源利用率最高、废弃物最少以及对环境的负面影响最小。并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在制造业中的体现。3 绿色制造的研究内容绿色制造的理论体系和总体技术是从系统、全局和集成的角度,研究绿色制造的理论体系、共性关键技术和系统集成技术。3.1 绿色制造的理论体系其包括绿色制造的资源属性、建模理论、运行特性、可持续发展战略,以及绿色制造的系统特性和集成特性等。3.2 绿色制造的体系结构和多生命周期工程包括绿色制造的目标体系、功能体系、过程体系、信息结构、运行模式等。绿色制造涉及产品整个生命周期中的绿色性问题,其中资源如何循环使用或再生,又涉及到产品多生命周期工程这一新概念。3.3 绿色制造的系统运行模式)))绿色制造系统只有从系统集成的角度,才可能真正有效地实施绿色制造。为此,需要考虑绿色制造的系统运行模式)))绿色制造系统。绿色制造系统将企业活动中的人、技术、经营管理、物能资源、生态环境、以及信息流、物料流、能量流和资金流有机集成,实现企业和生态环境的整体优化,达到产品上市快、质量高、成本低、服务好、有利于环境的目的。绿色制造系统的集成运行模式主要涉及绿色设计、产品生命周期及其物流过程、产品生命周期的外延及其相关环境等。3.4 绿色制造的物能资源系统鉴于资源消耗问题在绿色制造中的特殊地位,且涉及到绿色制造全过程,因此,应建立绿色制造的物能资源系统,并研究制造系统的物能资源消耗规律、面向环境的产品材料选择、物能资源的优化利用技术、面向产品生命周期、物流和能源的管理与控制问题。综合考虑绿色制造的内涵和制造系统中资源消耗状态的影响因素,构成了一种绿色制造系统的物能资源模型。4 绿色制造的专题技术相对总体技术,绿色制造的专题技术主要包括绿色设计、绿色材料选择、绿色工艺规划、绿色包装、绿色回收处理等。4.1 绿色设计技术绿色设计充分考虑对资源和环境的影响,在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时,优化各有关设计因素,使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减到最小。4.2 绿色材料选择技术绿色材料选择技术:一是绿色材料尚无明确界限,实际选用很难处理;二是选用材料,不能仅考虑产品的功能、质量、成本等方面的要求,还须考虑其绿色性,这些更增添了面向环境的产品材料选择的复杂性。美国卡奈基梅隆大学的Rosy提出了基于成本分析的绿色产品材料选择的方法,它将环境因素融入材料的选择过程中,要求在满足工程和环境等需求的基础上,使零件的成本最低。4.3 绿色工艺规划技术大量研究和实践表明,产品制造过程所采用的工艺方案不一样,物料和能源的消耗将不一样,对环境的影响也不一样。绿色工艺规划就是要根据制造系统的实际,尽量研究和采用物流和能源消耗少、废弃物少、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。Berkeley大学提出了一种环境友好的性的零件工艺规划方法,这种工艺规划方法分为两个层次:基于单个特征的微规划,包括环境性微规划和制造微规划;基于零件的宏规划,包括环境性宏规划和制造宏规划。应用基于Internet的平台对从零件设计到工艺文件生成中的规划问题进行集成。在这种工艺规划方法中,对环境规划模块和传统的制造模块进行同等考虑,在通过两者之间的平衡协调,得出优化的加工参数。4.4 绿色包装技术绿色包装技术是面向环境的产品包装设计,也是从环保的角度,优化产品包装方案,使资源消耗和废弃物产生最小。目前这方面的研究很广,大致可分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理三个方面。当今世界主要工业国要求包装应该做到/3R1D0(Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生和Degradable可降解)原则。4.5 绿色处理技术产品生命周期终结后,若不回收处理,将造成资源浪费并导致环境污染。目前的研究认为面向环境的产品回收处理问题是个系统工程问题,从产品设计开始就要充分考虑这个问题,并作系统分类处理。评价产品回收处理方案设计主要考察三个方面:效益最大化、重新利用的零部件尽可能多、废弃物尽可能少。5 绿色制造的支撑技术5.1 绿色制造的数据库和知识库研究绿色制造的数据库和知识库,为绿色设计、绿色材料选择、绿色工艺规划、回收处理方案设计提供数据支撑和知识支撑。绿色设计的目标是如何将环境需求与其他需求有机地结合在一起。比较理想的方法是将CAD和环境信息集成起来,以便设计人员在设计过程中能获得所有有关的环境数据,这就是绿色设计的前提条件。为了满足绿色设计需求,必须建立相应的绿色设计数据库和知识库,并对其进行管理和维护。5.2 制造系统环境影响评估系统环境影响评估系统,要对产品生命周期中的资源消耗和环境影响的情况进行评估,内容包括:制造过程物流的消耗状况、制造过程能源的消耗状况、制造过程对环境的污染状况、产品使用过程对环境的污染状况、产品寿命终结后对环境的污染状况等。因此,研究绿色制造的评估体系是当前绿色制造研究及其实施面临的问题。其涉及面广,问题复杂,有待系统研究。6 结语(下转第138页)91第22期 李 雷:绿色制造)))机械制造业的发展趋势避免石子的脱落,同时也避免混凝土浇筑过程中竖壁土体进入混凝土内,此方法目前并未使用。由于同样的原因,基坑开挖后,要及时进行垫层的施工,否则也将会造成基坑表面卵石的松动。3.4 防水措施根据嘉峪关地区降雨量小,不易在戈壁土上形成集水的情况,以及浸泡对地基影响不大的特点,可以不设防水措施。以往施工的各类基坑均未设置防水措施。在酒钢诚信广场施工中,主跨基础已施工完,在进行偏跨土方开挖时,一条89mm的上水管道被挖裂,将整个主跨基坑泡在水内一天多,水降后,对基础进行复测,没有一个基础发生变化。这样的实例在酒钢的改造工程中出现多次,均未对原有建筑或新建建筑物造成影响。但也要避免管道破裂此类问题的发生,它终究会影响到工程的正常施工。3.5 回填土的处理(1)回填土的性质:戈壁回填土,已改变了戈壁土原有的结构,土体的性能发生了极大的变化。如土体内聚力完全消失,沉降量加大,特别是受到外部作用,会发生极大的变化,影响建筑物的正常使用。是真正意义上的单粒土。如酒钢炼钢厂受料仓,建于1980年,上部为一层装混结构,带基一部分坐在地下通廊上,一部分坐在夯实的回填土上,1996年发生不均匀沉降,使建筑物成为危房。又如酒钢200万t铁钢工程施工时,矿槽边设置了一座单层机房,机房的一侧正好坐在开挖矿槽时的坡道上,回填土约5m深,经过夯填后,施工了机房,当时考虑到回填土的承载力较差,就将基础改为整体现浇的钢筋混凝土版式基础,投产后,一次地下生产水管道破裂,导致建筑物向回填土一侧下沉10cm,造成危房。(2)回填土的开挖:根据回填土的特性,土方开挖时,遇到回填土必须按国家规范进行放坡开挖。如受到周边环境的影响,可采用套管井桩施工。如酒钢不锈钢炼钢工程与炉卷工程相接处,采用了套管井桩施工。也可采用护壁施工方法,开挖尺寸较大时,可以开挖一段,施工一段钢筋混凝土护壁,逐层进行开挖,支护的护壁施工方法施工。如酒钢干熄焦转运站工程、酒钢碳钢冷轧管廊工程采用了护壁施工方法。(3)回填土上部建筑物的基础处理:根据以上分析,戈壁回填土上部不得建设较为重要的建筑物,特别是在有水源的附近。根据多年的施工经验,回填土上部有建筑物时,必须将回填土挖至原土层,采用填充混凝土施工至建筑物的底标高,之后,进行建筑物的施工。3.6 加砂层的处理戈壁地区加砂层对建筑物有较大的影响,因而必须进行处理。基础底部的加砂层需将砂全部处理干净,再进行下步施工。基坑壁上的加砂层需间隔分段进行处理,按每段1.5m长、深300~500mm以上,将砂层清除,采用C20混凝土填充。若流沙层厚度大于500mm,在沙内锚入512钢筋,长度为112m,间距200mm梅花布置。3.7 砂板岩施工砂板岩是戈壁土较深部位形成的一种坚硬、密实的土体,一般出现在10m以下的土体内。在旋流井、较深的地下通廊施工中多次遇到砂板岩层,人工施工非常困难。故采用油锤按200mm间距进行松动,然后采用挖掘机进行开挖。根据嘉峪关戈壁土的特性,制定相应的施工方法,可以节约大量的建设资金。因而,各地应根据地区的差异,结合国家规范制定可行的施工方法,避免不必要的资金消耗。参考文献:[1] 何庆丰,吴淑萱.戈壁地基性能基础设计及建筑物裂缝剖析[M].兰州大学出版社.[2] GB50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].[3] 西北地质勘察基础工程总公司第五工程处'岩土工程勘察报告[Z].(上接第91页)绿色制造是21世纪制造业的重要发展趋势,是制造业实现可持续发展的必由之路,同时也是国民经济可持续发展战略目标的重要技术途径之一。我国绿色制造的研究正处在一个发展阶段,需要政府、企业、高校的密切合作,采取各种积极措施,才能使其快速发展。参考文献:[1] 马晓春.我国现代机械制造技术的发展趋势[J].森林工程,2002(3).[2] 王世敬,温筠.现代机械制造技术及其发展趋势[J].石油机械,2002(11).[3] 武永利.机械制造技术新发展及其在我国的研究和应用[J].机械制造与自动化,2003.138 甘 肃 科 技 第25卷
